在中小型農(nóng)藥、醫(yī)藥、精細(xì)化工的生產(chǎn)過程中都要用到有機(jī)溶劑，使用后的有機(jī)溶劑大多可進(jìn)行回收再利用，企業(yè)一般采用傳統(tǒng)的填料精餾塔等氣液傳質(zhì)設(shè)備通過精餾的手段來處理。在塔設(shè)備中的常規(guī)重力場作用下，液膜流動(dòng)緩慢、傳質(zhì)系數(shù)低，所以設(shè)備體積龐大、空間利用率低、生產(chǎn)效率低。超重力精餾塔是利用超重力技術(shù)原理強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程的一種新型設(shè)備,其實(shí)質(zhì)是利用旋轉(zhuǎn)的離心力場來代替常規(guī)的重力場,使得氣液兩相的相對速度大大提高,相界面更新加快,生產(chǎn)強(qiáng)度成倍提高,極大地強(qiáng)化氣液傳質(zhì)過程，達(dá)到增加效率、縮小設(shè)備和降低能耗的目的，超重力技術(shù)被譽(yù)為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”。由我公司和浙江工業(yè)大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的折流式超重力床，已成功地應(yīng)用于化工生產(chǎn)中有機(jī)溶劑回收的精餾過程,展示了良好的應(yīng)用前景。本文主要介紹折流式超重力床的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特點(diǎn)及其在有機(jī)溶劑回收中相對于塔設(shè)備的優(yōu)勢。

1.折流式超重力精餾塔的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)

折流式超重力床（精餾塔）主要由圓形外殼和折流式轉(zhuǎn)子組成。折流式轉(zhuǎn)子是超重力床的核心部件,由靜盤和動(dòng)盤組成,靜盤與殼體固定連接,動(dòng)盤與軸連接并隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在動(dòng)、靜盤上按一定間距同心安裝了一定數(shù)量的折流圈,然后將兩盤嵌套在一起,靜盤上的折流圈與動(dòng)盤留有一定距離,同樣動(dòng)盤上的折流圈與靜盤也留有一定距離,形成了供氣液流通的折流式通道,見圖1。

　　其工作原理為：作為連續(xù)相的氣體由進(jìn)氣口2進(jìn)入殼體，在壓差seo優(yōu)化的作用下從轉(zhuǎn)子外側(cè)沿著靜折流圈與動(dòng)折流圈之間的間隙曲折地由外向中心流動(dòng)，最后經(jīng)出氣口5離開床體；作為分散相的液體由進(jìn)液口6進(jìn)入至動(dòng)盤中心，隨后被一系列高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)折流圈反復(fù)甩向靜折流圈，最后在殼體內(nèi)收集后由出液口9引出。液相在其間經(jīng)歷了多次加速—拋出—撞擊的過程，在此過程中，液體與氣體以極大的相對速度逆流接觸，液體以極其細(xì)微的液滴甩離動(dòng)圈的篩孔，高速運(yùn)動(dòng)的液滴在動(dòng)靜圈上被碰撞、剪切和飛濺，形成細(xì)小的液滴、液絲、液膜，從而獲得了比表面積極大而又不斷更新的氣液界面，使氣液接觸相當(dāng)充分，因此具有高的傳質(zhì)速率。

　　折流式超重力床的特點(diǎn)是：傳質(zhì)效率高，設(shè)備體積小，停留時(shí)間短，持液量小，操作彈性大，不容易液泛，對于粘度高的物料抗堵能力強(qiáng)，開停車容易，可以在高度、大小受限制的場合使用。

2.折流式超重力精餾塔在溶劑回收過程中的應(yīng)用

　　折流式超重力床開創(chuàng)了For the first time in the world將單臺(tái)超重力床應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的連續(xù)精餾過程的先河，已通過有關(guān)專家的鑒定和驗(yàn)收，是國家創(chuàng)新基金項(xiàng)目和國家火炬技術(shù)項(xiàng)目，獲得多個(gè)省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)。以氣、液通過的徑向有效長度計(jì)算，在轉(zhuǎn)速為1000r/min，全回流量為600L/h的條件下，其可達(dá)每米20塊理論板數(shù)的分離能力，一臺(tái)直徑為830mm、高度僅為0.8m的三層BZ750-3P折流式超重力旋轉(zhuǎn)床（圖2）可達(dá)15~20塊理論板，能滿足常規(guī)有機(jī)物精餾分離提純的要求。

 圖2 BZ750-3P折流式超重力床圖                圖3 使用中的BZ750-3P折流式超重力床

2.1甲醇精餾塔：用于甲醇回收

　浙江某化工有限公司在甲醇回收中,使用了一臺(tái)BZ750-3P折流式超重力床（圖3），其轉(zhuǎn)子共三層，直徑750mm，殼體外徑830mm，高度800mm，在二、三層中間進(jìn)料,即上面兩層為精餾段,下面一層為提餾段。采用連續(xù)精餾方式，進(jìn)料甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%,回流比為1.5。所得產(chǎn)品中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.85%,再沸器殘液中甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%,產(chǎn)品出料量為12t/d。

2.2酒精精餾塔：用于酒精回收

　浙江某制藥廠在酒精回收中,使用了一臺(tái)BZ750-3P折流式超重力床（圖4），其轉(zhuǎn)子為三層，直徑750mm,外殼直徑830mm，高550mm,采用連續(xù)精餾方式，處理量為400kg/h,進(jìn)料乙醇體積比為40%,按回流比2.5進(jìn)行操作,酒精產(chǎn)品濃度可達(dá)體積比95%以上,殘液排放體積比在0.5%以下,每日產(chǎn)量達(dá)4.5噸。

   圖4 使用中的BZ750-3P折流式超重力床                                  圖5 使用中的BZ750-3P/2P折流式超重力床

2.3 用于制取Anhydrous alcohol

　　圖5是一臺(tái)BZ750-3P型超重力床和一臺(tái)兩層BZ750-2P型超重力床用于萃取精餾Anhydrous alcohol的生產(chǎn)現(xiàn)場，生產(chǎn)能力達(dá)到每天將9.6噸90%的乙醇處理到99%以上的Anhydrous alcohol。

2.4應(yīng)用業(yè)績

　　折流式超重力床自2004年shou次成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以來，在原料藥、醫(yī)藥中間體、精細(xì)化工、生物柴油、環(huán)保、制酒等行業(yè)已產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用500余套，用于甲醇、甲醛、甲苯、甲縮醛、乙醇、乙二醇、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、正丁醇、二氯甲烷、硅醚、環(huán)乙烷、異丁烷、異丙醇、冰醋酸、醋酐、DMF、DMSO、DMAA、DMDA等有機(jī)溶劑的連續(xù)精餾回收或間隙精餾回收。浙江天宇藥業(yè)公司自2007年使用第一臺(tái)開始，至今已使用了68臺(tái)超重力床，取代了全公司的所有精餾塔設(shè)備，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3、折流式超重力床與傳統(tǒng)塔設(shè)備的比較

　　折流式超重力床所需的工藝條件與塔設(shè)備相同，即用超重力床取代塔設(shè)備，其余輔助裝置仍不可少，工藝流程示意圖見圖6。圖7為某用戶替代原塔設(shè)備的現(xiàn)場圖片，圖中兩座均為二十米高左右的塔，超重力床替代后的生產(chǎn)能力和分離能力均超過了原設(shè)備的水平。

    
  圖6 折流式超重力床工藝流程示意圖                          圖7折流式超重力床代替精餾塔使用現(xiàn)場

 上述2.1和2.2的應(yīng)用實(shí)例中,在完成相同的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,折流式超重力床與傳統(tǒng)的填料塔高度和體積的比較如表1 所示。

                     表1 　折流式超重力床與填料塔設(shè)備尺寸比較

　　由表1可知,折流式超重力精餾塔用于甲醇-水的精餾，與填料塔相比,設(shè)備高度是填料塔的7.3%,體積是填料塔的13.9%；用于乙醇-水的精餾,與填料塔相比,設(shè)備高度是填料塔的6.1%,體積是填料塔的24.4%。折流式超重力床大大地降低了設(shè)備的高度和縮小了設(shè)備的體積，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　3.1設(shè)備高度低、土建成本低、占地面積小，安全可靠

　　工業(yè)生產(chǎn)充分表明，殼體高度為0.8米的折流式超重力床的分離效果與10多米高的填料塔相當(dāng)，而設(shè)備的占地面積不足2平方米。由于超重力床高度低、體積小，可以方便地在室內(nèi)廠房里安裝使用，與傳統(tǒng)的精餾塔相比，減少了工廠的用地，所需土建成本大大降低，同時(shí)避免了使用傳統(tǒng)塔設(shè)備需考慮的防雷擊、臺(tái)風(fēng)、雨雪、地震和高空作業(yè)的情況，增加了生產(chǎn)的安全性。

　　3.2節(jié)省能耗

　　  超重力床由于體積小，散熱面積小，根據(jù)不同的物系，可節(jié)約能耗5%~40%。

　　3.3 超重力精餾塔操作方便

　　塔設(shè)備開機(jī)運(yùn)行至平衡所需時(shí)間較長，一般不少于30分鐘，操作工必須經(jīng)常上塔頂觀察物料情況，給安全生產(chǎn)帶來一定隱患。超重力床開機(jī)至平衡時(shí)間短，一般只需要十幾分鐘，觀察運(yùn)行非常方便，由于操作工不用長時(shí)間在設(shè)備旁觀察而可兼顧其它設(shè)備的操作，從而減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度及節(jié)約人工成本，同時(shí)也保證了生產(chǎn)的安全性。

　　3.4檢修方便、維修費(fèi)用低

　　一般情況下，傳統(tǒng)精餾塔每半年需檢修一次，每次需清洗填料，檢修需耗時(shí)數(shù)天；而超重力床內(nèi)部沒有填料，只需每半年按國家標(biāo)準(zhǔn)更換機(jī)封等易損件，每次更換只需幾小時(shí)，操作簡單，維修也非常方便。

　　3.5廢液排放達(dá)標(biāo)

　　在相同的條件下，一般塔器的廢液排放在3%左右，而超重力床能夠滿足客戶及環(huán)保要求，排放可控制在0.5%以下，具有很好的環(huán)保效果。

　　3.6 改善生產(chǎn)管理模式

　　一般情況下，由于塔設(shè)備較高，從整個(gè)廠區(qū)的布置合理性考慮，塔設(shè)備總是集中在精餾車間，從管理的角度來看，存在以下不合理之處：a.增加了物流成本；b.容易造成不同車間的原料互混；c.增加精餾車間與相關(guān)車間之間的質(zhì)量考核和矛盾。當(dāng)精餾工藝采用了超重力床，就可以像生產(chǎn)車間的反應(yīng)釜和其他設(shè)備一樣，在本車間內(nèi)進(jìn)行就地連續(xù)生產(chǎn)，這不僅可以減少物流損耗、簡化管理模式和降低管理成本，而且還可以省去大量的中間罐，即間接地又再次縮小了占地面積。

　　４結(jié)束語

　　折流式超重力床由于其結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，傳質(zhì)性能好，體積小，高度低，運(yùn)行成本低，使用維護(hù)方便，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塔設(shè)備，對社會(huì)的發(fā)展而言可節(jié)省鋼材資源，延長地球資源的使用年限；對企業(yè)的發(fā)展而言，可以節(jié)約場地與空間資源，減少污染排放，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善經(jīng)營管理模式，降低生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度，增加生產(chǎn)的安全性。超重力床在醫(yī)藥、環(huán)保、化工等工業(yè)中具有十分廣闊的應(yīng)用前景，正在為越來越多的用戶所選用。

　隨著醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，新藥研發(fā)需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新以突破傳統(tǒng)技術(shù)的桎梏，因此各種新技術(shù)被廣泛地運(yùn)用到制藥工業(yè)領(lǐng)域。超重力床的超重力技術(shù)是近幾年興起的新型技術(shù)，雖然目前仍處于起步階段，但是業(yè)內(nèi)人士相當(dāng)看好其在制藥行業(yè)的應(yīng)用。

　超重力技術(shù)，簡而言之就是在超重力條件下多相流體系的*流動(dòng)行為,強(qiáng)化相與相之間的相對速度和相互接觸，從而實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)傳熱過程和化學(xué)反應(yīng)過程。與傳統(tǒng)設(shè)備相比，超重力設(shè)備具有體積小、重量輕、能耗低、易運(yùn)轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應(yīng)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注，目前該技術(shù)仍處于應(yīng)用開發(fā)階段。

　　超重力技術(shù)作為一項(xiàng)新興的強(qiáng)化傳遞過程的技術(shù)必將在化工、生物、制藥、食品、材料和環(huán)保等領(lǐng)域擁有廣闊的市場前景。因此加快對超重力技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，有針對性設(shè)計(jì)開發(fā)出高效緊湊型超重力技術(shù)裝備具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

　　目前，國內(nèi)超重力技術(shù)在制備原料藥方面的研究取得突破性進(jìn)展。有國內(nèi)高校和企業(yè)合作的“新型精細(xì)化學(xué)品超重力法制備關(guān)鍵技術(shù)研究”已經(jīng)突破驗(yàn)收。該項(xiàng)目針對傳統(tǒng)藥物存在的顆粒大、水溶性差、生物利用度低等工業(yè)難題，通過對超重力結(jié)晶器中分子混合、傳遞及結(jié)晶過程調(diào)控機(jī)制等進(jìn)行理論研究，創(chuàng)新性地提出了超重力法制備納微結(jié)構(gòu)藥物顆粒的新技術(shù)，已經(jīng)獲得國際諸多制藥企業(yè)的認(rèn)可。

　　隨著超重力床技術(shù)研究的不斷突破，其在制藥領(lǐng)域的發(fā)展也將越來越廣泛。

　　超重力床又稱超重力機(jī)，是上世紀(jì)80年代初從國外先發(fā)展起來的一種新型氣液傳質(zhì)設(shè)備，典型的結(jié)構(gòu)是填充式旋轉(zhuǎn)床，其基本原理是利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一種穩(wěn)定的離心力場來代替常規(guī)重力場，使氣液兩相之間的傳質(zhì)傳熱或反應(yīng)過程得到強(qiáng)化。由于旋轉(zhuǎn)床設(shè)備具有體積小、重量輕、維修方便、靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)，因而被稱為“化學(xué)工業(yè)的晶體管”。

　  在強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的今天，可大大節(jié)省場地和材料資源、效率高、能耗低的超重力床受到企業(yè)熱捧。業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該設(shè)備不同于傳統(tǒng)的填料式、蝶片式和螺旋式等旋轉(zhuǎn)床，應(yīng)用于甲醇—水等體系的工業(yè)連續(xù)精餾過程具有效率高、能耗低、體積小等特點(diǎn)